高精度MEMS陀螺儀的濾波算法研究.pdf

1、隨著慣性導(dǎo)航技術(shù)的快速發(fā)展，MEMS陀螺儀的應(yīng)用也日益廣泛起來。如何提高M(jìn)EMS陀螺儀輸出數(shù)據(jù)的精度，已成為國內(nèi)外專家學(xué)者研究的熱點(diǎn)問題。針對這一問題，本文在基于信號采集系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采集了陀螺儀輸出的原始數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行了誤差分析，然后基于時間序列分析方法建立了陀螺儀隨機(jī)漂移的數(shù)學(xué)模型。最后，應(yīng)用不同的濾波技術(shù)對陀螺儀的零點(diǎn)漂移與動態(tài)誤差進(jìn)行了研究與仿真分析，從而確定了最終的信號處理方法。
　　首先，本文介紹了信號采集系統(tǒng)的基本

2、原理，并進(jìn)一步分析了其硬件結(jié)構(gòu)與軟件組成，然后設(shè)計了一種以STM32為核心控制器的信號采集系統(tǒng)。接著對MEMS陀螺儀的工作原理作了詳細(xì)說明，同時分析了其零點(diǎn)調(diào)整機(jī)制。另外，確定了陀螺儀原始信號的采樣頻率，并采集了陀螺儀的原始輸出數(shù)據(jù)，接著在MATLAB環(huán)境下采用Allan方差分析法對其誤差項進(jìn)行了辨識，并確定了其各誤差項的系數(shù)。
　　其次，本文在深入理解平穩(wěn)隨機(jī)過程統(tǒng)計特性的基礎(chǔ)上，對陀螺儀的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行了必要的預(yù)處理，并確定用時

3、間序列分析法建立陀螺儀隨機(jī)漂移的誤差模型，同時確定了模型定階以及參數(shù)估計的方法。
　　然后，本文分析了傳統(tǒng)卡爾曼濾波器與二階低通濾波器的設(shè)計思想、工作原理以及數(shù)學(xué)模型，接著對陀螺儀輸出數(shù)據(jù)的統(tǒng)計特性進(jìn)行了檢驗(yàn)，并經(jīng)過實(shí)驗(yàn)確定了其誤差模型的階數(shù)與參數(shù)，最終以AR(1)模型作為其誤差模型。最后分別使用卡爾曼濾波器與二階低通濾波器在MATLAB環(huán)境下對陀螺儀的靜態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行了仿真分析，通過分析比較濾波結(jié)果，確定用傳統(tǒng)的卡爾曼濾波器穩(wěn)定零點(diǎn)